Een team van onderzoekers van het Israel Institute of Technology heeft een nieuwe condensator ontwikkeld met een metaal-isolator-halfgeleider (MIS) diodestructuur die kan worden afgesteld door verlichting. de condensator, met ingebedde metalen nanodeeltjes, is vergelijkbaar met een metaal-isolator-metaal (MIM) diode, behalve dat de capaciteit van het nieuwe apparaat afhankelijk is van verlichting en een sterke frequentiespreiding vertoont, waardoor een hoge mate van afstembaarheid mogelijk is.

Deze nieuwe condensator heeft het potentieel om de draadloze mogelijkheden voor informatieverwerking te verbeteren, detectie en telecommunicatie. De onderzoekers rapporteren deze week hun bevindingen in de Tijdschrift voor Toegepaste Natuurkunde .

"We hebben een condensator ontwikkeld met het unieke vermogen om de capaciteit met grote hoeveelheden licht af te stemmen. Dergelijke veranderingen zijn in geen enkel ander apparaat mogelijk, " zei Gadi Eisenstein, professor en directeur van het Russell Berrie Nanotechnology Institute aan het Technion Israel Institute of Technology in Haifa en co-auteur van het artikel. "De waargenomen fotogevoeligheid van deze MIS-diodestructuur vergroot zijn potentieel in opto-elektronische circuits die kunnen worden gebruikt als een lichtgevoelige variabele condensator in remote sensing-circuits."

MIM-diodes zijn veelvoorkomende elementen in elektronische apparaten, vooral degenen die gebruik maken van radiofrequentiecircuits. Ze bestaan ​​uit dunne-film metalen plaatelektroden die worden gescheiden door een isolator. Net als de MIM-structuur, de nieuwe MIS-condensator van de onderzoekers is onafhankelijk van de bias, wat betekent dat de constante capaciteit onafhankelijk is van de voedingsspanning. Bias-onafhankelijke condensatoren zijn belangrijk voor hoge lineariteit, en dus duidelijke voorspelbaarheid, van circuitprestaties.

"We hebben aangetoond dat onze MIS-structuur superieur is aan een standaard MIM-diode, " zei Vissarion (Beso) Michelashvili, senior research fellow aan het Israel Institute of Technology en tevens co-auteur van het artikel. "Aan de ene kant, het heeft alle functies van een MIM-apparaat, maar de spanningsonafhankelijke capaciteit is afstembaar door licht, wat betekent dat de afstemmingsfunctionaliteit kan worden opgenomen in fotonische circuits."

"De verlichting veroorzaakt een tweeledig effect, ' zei Eisenstein. 'Eerst, de excitatie van valtoestanden verbetert de interne polarisatie. Tweede, het verhoogt de dichtheid van minderheidsdragers (vanwege het genereren van foto's) en vermindert de breedte van het uitputtingsgebied. Deze verandering wijzigt de capaciteit."

De onderzoekers creëerden drie MIS-structuren, vervaardigd op een bulk siliciumsubstraat, gebaseerd op een meerlagige diëlektrische stapel, die bestond uit een dunne thermische siliciumdioxidefilm en een hafniumoxidelaag. De twee lagen werden gescheiden door strontiumfluoride (SrF2) sublagen waarin ferrum (Fe, ijzer) of kobalt (Co) nanodeeltjes werden ingebed.

De onderzoekers ontdekten dat het fluoridering-oxidatieproces van de ijzeratomen de vorming van een gradiënt in de valentietoestand van ijzerionen over de actieve laag veroorzaakt, wat resulteert in het genereren van een elektronische polarisatie. De polarisatie veroorzaakt een bias-onafhankelijk uitputtingsgebied en dus een MIM-type karakteristiek.

Ter vergelijking werden vier extra structuren gemaakt:twee misten de SrF2-sublagen en één ervan werd bereid zonder de ijzerfilm. De andere twee structuren bevatten SrF2:de ene had geen kobalt en de tweede bevatte een Co-laag van één nanometer.

De vergelijking met andere MIS-condensatoren die de metalen nanodeeltjes met of zonder de SrF2-sublagen bevatten, leidde tot de ondubbelzinnige conclusie dat alleen apparaten bestaande uit de combinatie van Fe en SrF2 de MIS-structuur in een fotogevoelige MIM-achtige structuur veranderen.